С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Под лабораторным опытом здесь подразумевается кратковременное (до нескольких дней) воздействие на живой объект с обеспечением только тех экологических условий, которые непосредственно влияют на изучаемые процессы, или же необходимы для сохранения жизнедеятельности в течение опыта. Так, при изучении морфогенеза всходов в период гетеротрофного питания создается освещение, достаточное для предотвращения этиоляции, но не для положительного баланса чистой продуктивности фотосинтеза. Аналогичные опыты с поглощением и первичным метаболизмом элементов минерального питания проводятся при круглосуточном освещении на фоне стабильной температуры, что не соответствует реальным условиям произрастания, но облегчает изучение процессов взаимодействия органов. Таким образом, лабораторный опыт с растением аналогичен понятию «острый опыт» в фитологии животных.

Малая продолжительность лабораторного опыта не позволяет выявить многие закономерности, связанные с физиологией целостной системы организма, но она оказывается вполне достаточной для изучения клеточного, тканевого и органного уровней. К этому кругу вопросов относятся исследования действия фитогормонов на ткани растений, ближний транспорт метаболитов, практически все работы по биофизике фотосинтеза, биолюминесценции. На отсеченных органах выполнена большая часть работ по физиологии устойчивости клеток к экологическим факторам [Библь, 1965].

Проростки крупносемянных растений, отрастающие почки корнеплодов и картофеля благодаря наличию всех вегетативных органов и запаса метаболитов являются простейшей моделью целостного растительного организма. Поэтому результаты лабораторных опытов на проростках можно с известной осторожностью экстраполировать на взрослое растение. На этом основаны многочисленные методики диагностики устойчивости образцов в селекции [Удовенко, Гончарова, 1982].

Следует только помнить, что на подобной модели хорошо диагностируются генетические механизмы устойчивости, связанные с клеточным, тканевым и уровнем взаимодействия органов. Не тестируются при этом генетические факторы, влияющие через скорость развития (засухоустойчивость эфемеров), габитус растения (например, глубокое проникновение корней), изменение скорости роста и способность сбрасывать лишние побеги и листья.

Давней мечтой многих селекционеров является перенесение отбора перспективных генотипов из полевых условий «на лабораторный стол». Это позволило бы быстро и без особых затрат пропускать через отбор на устойчивость популяции во многие сотни тысяч проростков. Но лабораторное тестирование по одному параметру (холоду, жаре или осмотическому давлению) слабо отражает устойчивость к природному неблагоприятному комплексу условий. Увеличение точности в этом случае можно достигнуть применением комплексного отбора на провокационном фоне. При этом гетерогенная популяция подвергается последовательному воздействию отдельных факторов (холода, обезвоживания, жары и т.д.). На каждый следующий тест поступают только те особи, которые получили в предыдущем испытании оценку выше стандарта. В результате с каждым тестом размер испытуемой выборки уменьшается. В конце остаются только генотипы, устойчивые по всем параметрам природного неблагоприятного климатического комплекса. Детали этого метода изложены нами в публикациях [Коваль и др., 1983; Коваль, 1985].

Ог раниченное применение лабораторных опытов на проростках связано с тем, что данный метод более полно отражает физиологические процессы клеточного уровня по сравнению с организменным. Эго связано с размерами проростков, препятствующими возникновению значительных градиентов (температуры, освещенности, водообеспечения и т.д.), в системе корни - надземные органы. Значение же вертикальных градиентов в жизни растения отмечалось в литературе [Радченко, 1973]. Не способствует проявлению достаточно медленных процессов организменного уровня и краткосрочность лабораторного опыта. Поэтому данные таких экспериментов следует использовать весьма осторожно, особенно при экстраполяции их на поздние фазы жизни растения. Главным условием выращивания проростков для опыта является достаточное снабжение их водой. Часто применяют подложку из песка или 3-4 слоев фильтровальной бумаги. Но малая влагоемкость такой подстилки требует частого добавления воды, затопление же зерен (особенно при загущенной раскладке) быстро создает анаэробиоз в зоне корней, приводящий к подавлению роста, поглощения воды и отравлению растений спиртом. По этой причине (даже при использовании богатых питательных растворов) нормальное состояние всходов злаков удается поддержать не далее появления второго листа. Еще более чувствительны к затоплению всходы гороха. В капитальном руководстве P.M. Клейн и Д.Т. Клейн [1974] рекомендуется проращивать семена на марле или проволочной сетке, натянутой на сосуд на некоторой высоте над питательным раствором. Главным неудобством этого способа оказывается невозможность извлечь из сосуда отдельное интересующее нас растение вследствие врастания корней в сетку. Более удобным является проращивание в рулончиках из газетной бумаги (рис. 5.2). После набухания в водопроводной воде семена раскладываются на увлажненную бумажную полосу шириной 6-7 см и длиной до 30 см. Зерна должны быть ориентированы поперек полосы, зародышем в направлении нижнего конца будущего рулончика. Оптимальное расстояние от верхнего края полосы составляет 1 -2 см. После раскладки полоса скатывается в трубку так, что зерна оказываются неплотно зажатыми между витками бумажной ленты. Рулончики устанавливают вертикально (зерном вверх) в сосуд, на дно которого налита вода слоем 1 -2 см. В один рулончик следует закатывать до 20 зерен пшеницы или 6-8 зерен гороха, кукурузы.

Наиболее распространенными ошибками при освоении этого способа проращивания является замена газетной бумаги более плотной, не обеспечивающей достаточного впитывания воды, или, напротив, фильтровальной, излишне рыхлой. Не следует скатывать рулончики слишком туго и плотно набивать ими сосуд. В обоих случаях результатом будет повреждение проростков от недостатка кислорода. Если условия опыта предъявляют высокие требования к выравненное™ материала, то рулончики можно развернуть и закатать вновь отсортированные проростки

с корнями длиной 5-7 см.

При использовании всходов с первым листом нет необходимости давать растениям элементы минерального питания, но при более длительных опытах их переносят на питательный раствор в момент появления корней из нижнего конца рулона. Раствор следует применять повышенной концентрации (2 - и даже 3-кратная смесь Кнопа), но наливают его тонким слоем чтобы не нарушать дыхание корней. Смену раствора достаточно производить через день, но можно это время увеличить до 3-4 дней. Тонкий слой питательного раствора быстро испаряется, концентрируется; возможно и полное испарение его. Для стабилизации уровня раствора удобно использовать самополивалки в виде наполненных водой и перевернутых широкогорлых колб. Колбы устанавливают в кристаллизатор с рулончиками на небольшие прокладки. Высотой последних и регулируют автоматически поддерживаемый самополивалкой уровень раствора.